Сохор Ю.Н. Моделирование устройств в пакете LTSpice/SWCad

Подождите немного. Документ загружается.

Строки, отмеченные звездочкой [*] запоминаются между обращениями

программы.

Marching Waveforms: Проверка результатов моделирования на предмет

их отображения в ходе расчета.

Generate Expanded Listing: Размещение в списке соединений расши-

ренной информации из файла системного журнала - SPICE Error Log

file .

Open Demo circuits as regular schematics: Открыть демонстрацион-

ные схемы в .\SwCADIII\lib\app\*.app. Все команды SPICE будут види-

мы. Схемы могут быть отредактированы и записаны в новом файле.

Строки, отмеченные двойными точками '..' на схеме служат для де-

монстрации применения SPICE-директив. Строки, отмеченные только

одной точкой могут быть отредактированы.

Don't warn when using preliminary models: Выключить сообщение

предупреждения для всех SMPS-моделей (эти модели имеют правовую

защиту).

Automatically delete .raw files: Этот флажок позволяет удалить файлы

данных после завершения моделирования, что значительно уменьшает

место на диске, но требует дополнительного времени на формирование

данных при повторном моделировании.

Automatically delete .net files: удаление списка соединений после за-

вершения моделирования. Список соединений является временным

файлом, но может понадобиться при тестировании схемы или при записи

в текстовый файл созданного в схемном редакторе описания схемы (под-

схемы).

Automatically delete .log files: Эти файлы содержат различную стати-

стику моделирования – времени моделирования, предупреждений и со-

общений об ошибках и параметрах шага, используемых для исследова-

ний в директивах .step/.temp/.dc.

Save Defaults (Запись по умолчанию)

Эта закладка используется, если явно не указано, какая информация

должна быть записана при моделировании. Здесь можно отметить стро-

ки: "Записать токи ", "Записать узловые напряжения подсхем" и "Запи-

сать токи подсхем".

Save Device Currents: Отметка этой строки позволит отобразить пре-

дельные токи устройства и рассеиваемую мощность.

Save Subcircuit Node Voltages: Отметка этой строки позволит отобра-

зить на графиках напряжения в подсхемах.

Save Subcircuit Device Currents: Отметка этой строки позволит отоб-

разить на графиках напряжения в подсхемах.

Don’t save Ib(), Ie(), Is(), Ig(): Отметка в этой строке позволяет сохра-

нить только токи коллектора (стока) транзисторов, для экономии разме-

ров выходных файлов. Вместе с тем оказывается недоступным определе-

ние мощности потерь в транзисторах..

SPICE (настройка параметров моделирования)

Единственный параметр, который сохраняется при перезапуске системы

- Trtol. Большинство SPICE программ устанавливают этот параметр рав-

ным 7. В LTspice он установлен равным 1 для того, чтобы при использо-

вании макромоделей SMPS отобразить на графиках наиболее полную

информацию. Trtol влияет на расчетный шаг, что существенно

сказывается на точности моделирования. Для моделирования транзисто-

ров уровней больше 1 требуется повышенная точность расчета. Если

увеличить trtol, то можно сократить время моделирования почти в два

раза и одновременно с этим снизить точность расчета. Установленный

параметр trtol будет сохранен при перезапусках системы. Большинство

традиционных параметров SPICE, таких как gmin, abstol, reltol, chgtol,

vntol не запоминаются. Если возникает потребность в сохранении этих

параметров, то их надо описать .option-директиве и сохранить в

описании схемы или сохранить в отдельном файле, с тем, чтобы дирек-

тивой .inc включить этот файл в описание схемы.

Следует обратить внимание на строку solver (метод решения). LTspice

содержит две версии SPICE. Одна версия является нормальной, другая -

алтернативной. Альтернативный метод решения использует различные

способы упаковки разреженных матриц для уменьшения расчетных

ошибок. Обычно альтернативный метод приводит к замедлению расчета

почти в два раза по сравнению с нормальным за счет повышения точно-

сти внутренних вычислений почти в тысячу раз. Это может оказаться по-

лезным для диагностических целей. Если в .option-директиве не

определено, какой solver используется, то на этой закладке необходимо

сделать выбор прежде, чем будет сгенерирован список соединений, так

как два метода решения используют принципиально различные подходы.

Если отмечена строка "Accept 3K4 as 3.4K" ("Принять 3K4 как 3.4K"),

то это приведет к тому, что запись вида 4K99 будет воспринята как

4,99К. В большинстве SPICE-программ такая замена не применяется, но

в LTSpice это принято из-за распространенности такого обозначения на

практике.

Netlist Options (опции списка соединений)

Convert 'µ' to 'u': Преобразование символа 'μ' к символу 'u' . Эта оп-

ция необходима, если Windows не поддерживает греческий шрифт. Сим-

вол 'u' воспринимается в числах как множитель 10-6.

Reverse comp. Order: Схемные элементы располагаются в списке со-

единений в том порядке, в каком они появились при вводе в схемном ре-

дакторе. Эта опция располагает элементы в обратном порядке.

Default Devices: Если в схемном редакторе LTSpice используется диод,

то автоматически в список соединений вставляется инструкция ".model

D D". Если не отметить эту опцию, то это включение не будет приме-

няться. То же относится и к транзисторам.

Default Libraries: Если в схемном редакторе LTSpice используется

диод, то по умолчанию используется стандартная библиотека dio, вклю-

чаемая по инструкции lib. Если не отметить эту опцию, то это включение

не будет применяться. То же относится и к транзисторам.

Convergence Aids: зарезервировано для развития программы.

Hacks!

Эта закладка используется для развития программы и в настоящее время

устарела. Рекомендуется применить Reset to Default Values.

Drafting Options (опции схемного редактора)

Allow direct component pin shorts: Если не пометить эту опцию, то

схемный редактор предотвратит замыкание контактов. Таким образом,

двухполюсники можно подключать к проводнику не размыкая его, а пря-

мо устанавливая на проводник. Если не отметить эту опцию, то ко-

роткозамкнутая перемычка не будет автоматически удалена.

Automatically scroll the view: Отметка этой строки позволяет в схем-

ном редакторе осуществлять автоматический скроллинг при приближе-

нии элементов к границе чертежа.

Mark text Justification anchor points: Вывести маленький кружок

слева от текстового блока для его выравнивания.

Mark unconnected pins: Вывести квадраты на не подсоединенных

узлах компонент .

Show schematic grid points: Отобразить сетку.

Allow direct component pin shorts: Если не пометить эту опцию, то

схемный редактор предотвратит замыкание контактов. Таким образом,

двухполюсники можно подключать к проводнику не размыкая его, а пря-

мо устанавливая на проводник. Если не отметить эту опцию, то ко-

роткозамкнутая перемычка не будет автоматически удалена.

Automatically scroll the view: Отметка этой строки позволяет в схем-

ном редакторе осуществлять автоматический скроллинг при приближе-

нии элементов к границе чертежа.

Mark text Justification anchor points: Вывести маленький кружок

слева от текстового блока для его выравнивания.

Mark unconnected pins: Вывести квадраты на не подсоединенных

узлах компонент .

Show schematic grid points: Отобразить сетку.

Orthogonal snap wires: Проведение проводников только под пря-

мым углом. При нажатой клавише CTRL можно проводить под произ-

вольным углом в узлах сетки. Если не отмечать эту строку, тогда провод-

ники под любым углом можно проводить без нажатия на CTRL.

Cut angled wires during drags: Если отмечена эта строка, то двухпо-

люсники при перетаскивании смогут перемещаться только вдоль провод-

ников.

Undo history size: Установить размер буфера откат/восстановление .

Draft with thick lines: Увеличить толщину линий. Опия полезна при

создании публикаций.

Show Title Block: Для внутреннего использования.

Приложения

Модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Система уравнений напряжений двигателя в матричной форме:

xxxx

LIRU

⋅⋅+⋅+⋅=

где R – матрица сопротивлений, L – матрица индуктивностей, Gх – мат-

рица э.д.с. двигателя, ω – скорость двигателя в эл. радианах (ω=Zp·ω

мех

Zp – число пар полюсов, ω

мех

- скорость двигателя в мех. радианах).

Результаты автоматизированного формирования матриц для неподвиж-

ной системы координат, в которой статорные обмотки представлены в

трехфазных координатах, а роторные обмотки в двухфазных координа-

тах:

J⋅

d 

мех

d t

=Mdv−Mc

где G= ω · Gx , Ex = G·Ix – вектор э.д.с. двигателя, Mdv=Ix

·Gx·Ix – мо-

мент двигателя, Ix – вектор токов. J – момент инерции, ω – скорость ро-

тора в эл. радианах, ωмех – скорость ротора в механических радианах. ω

=Zp·ωмех , Zp – число пар полюсов. Мс – момент сопротивления на валу

двигателя.

При выводе формул было учтено, что параметры фазы двухфазной

машины в 1,5 раза больше параметров фазы эквивалентной по мощности

Lx=

Rx=

трехфазной машины, то есть: Lm=3/2·Lmf, Ls=3/2·Lf, Ls0=3·Lf, Rs=3/2·Rf,

R0=3·Rf, где Lmf – взаимная индуктивность между соответствующими

фазами статора и ротора, Lf - индуктивность фазы статора трехфазной

обмотки, Rf – активное сопротивление фазы статора трехфазной об-

мотки. Ls0, R0 – индуктивность и сопротивление фазы нулевой последо-

вательности.

Создание модели в LTSpice.

1. Создать папку, в которой будет создаваться модель.

2. Создать изображение двигателя. Для этого:

Выбрать команду File-New Symbol. Ввести кон-

такты с именами a, b, c, m и w. Для ввода контактов

можно нажать на клавишу ‘p’ и в появившемся окне

напечатать соответствующее имя. Расположить кон-

такты, как показано на рисунке. Видимыми их мож-

но не делать (отметить радио-кнопку Not Visible).

Шаг сетки при создании компоненты соответствует

шагу сетки схемного редактора.

Нарисовать графическое изображение асинхронного двигателя. Основ-

ная команда: Draw=>Line, Circle и т.д. Чтобы точнее расположить лини в

узлах сетки желательно отобразить точки привязки линий командой

View=>Anchor Points (или нажать 'O')

Командой Save-as записать файл (расширение asy) в созданную папку.

3. Создать схему замещения асинхронного двигателя. Для этого:

Выбрать команду File-New Schematic. Ввести компоненты схемы

Компоненты схемы: В1, B2, B3 – управляемые источники напряжения

bv.asy, B4 – управляемый источник тока bi.asy. Номиналы индуктивно-

стей и сопротивлений параметризованы. Вместо числа ставится иденти-

фикатор в фигурных скобках. Числовое значение идентификатору при-

сваивается в директиве .params. Взаимные индуктивности M в SPICE -

программах задаются коэффициентом связи:

⋅

и вводятся как тек-

стовая строка. Например, взаимная индуктивность между фазой А стато-

ра и фазой α ротора соответствует строке k1 L1 L4 {k11}, где параметр

k11 вычисляется в директиве .params.

4.Командой Save-as записать файл с тем же именем, какое было у создан-

ного ранее символа, но с расширением asс и в ту же папку.

Можно создать схему замещения асинхронного двигателя в текстовом

редакторе на языке SPICE-программ. Текст надо сохранить в файле с

расширением sub или lib. При использовании текстовой модели в схеме

верхнего уровня, надо указать место размещения этого файла.

* модель асинхронного двигателя

.subckt ADZIsPr a b c w m Isa Isb Pra Prb n

*.param Zp=2 Lm=28.7m Ls=29.4m Lr=29.7m Rs=0.067 Rr=0.032 J=0.62

.param q=sqrt(Ls*Lr2) Lr2=1.5*Lr Rr2=1.5*Rr sq3=sqrt(3)

+k11=Lm/q

+k21=-Lm/2/q

+k22=sq3*Lm/q/2

+k31=-Lm/q/2

+k32=-sq3*Lm/q/2

R1 a N001 {Rs}

R2 b N003 {Rs}

R3 c N005 {Rs}

L1 N001 n {Ls}

L2 N003 n {Ls}

L3 N005 n {Ls}

L4 N002 N004 {Lr2}

L5 N006 N007 {Lr2}

k1 L1 L4 {k11}

k2 L2 L4 {k21}

k3 L2 L5 {k22}

k4 L3 L4 {k31}

k5 L3 L5 {k32}

R5 N004 0 {Rr2}

R6 N007 0 {Rr2}

B10 N002 0 V=-{Zp}*v(w)*({Lm}*sq3/2*(i(L2)-i(L3)) + {Lr2}*i(L5))

B11 N006 0 V={Zp}*v(w)*(3/2*{Lm}*i(L1) + {Lr2}*i(L4) )

B9 0 w I={Zp}*sq3/2*{Lm}*( (i(L2)-i(L3))*i(L4) - sq3*i(L1)*i(L5))

C2 w 0 {J}

B1 m 0 V=I(B9)

B2 Isa 0 V=(2*I(L1) -I(L2) - I(L3))/3.

B3 Isb 0 V=(I(L2) - I(L3))/sq3

B4 Pra 0 V={Lr2}*I(L4)+1.5*{Lm}*v(Isa)

B5 Prb 0 V={Lr2}*I(L5)+1.5*{Lm}*v(Isb)

.end ADZIsPr

Вид символьного изображения приведен рядом с текстовым описани-

ем. В этой модели дополнительно включены управляемые источники В2-

В5. Потенциалы на этих источниках соответствуют: току статора по осям

α и β и потокосцеплениям ротора по этим же осям. При создании сим-

вольного изображения для такого описания, вводятся дополнительные

контакты с именами Isa, Isb, Pra, Prb. Кроме начал фаз модель содержит

вывод нейтрали статорной обмотки n.

Приведем еще две модели асинхронного двигателя:

* модель асинхронного двигателя с выводам концов фаз

.subckt AD a b c aa bb cc w m

*.param Zp=2 Lm=28.7m Ls=29.4m Lr=29.7m Rs=0.067 Rr=0.032 J=0.62

.param q=sqrt(Ls*Lr2) Lr2=1.5*Lr Rr2=1.5*Rr sq3=sqrt(3.)

+k11=Lm/q

+k21=-Lm/2/q

+k22=sq3*Lm/q/2

+k31=-Lm/q/2

+k32=-sq3*Lm/q/2

R1 a N001 {Rs}

R2 b N003 {Rs}

R3 c N005 {Rs}

L1 N001 aa {Ls}

L2 N003 bb {Ls}

L3 N005 cc {Ls}

L4 N002 N004 {Lr2}

L5 N006 N007 {Lr2}

k1 L1 L4 {k11}

k2 L2 L4 {k21}

k3 L2 L5 {k22}

k4 L3 L4 {k31}

k5 L3 L5 {k32}

R5 N004 0 {Rr2}

R6 N007 0 {Rr2}

B10 N002 0 V=-{Zp}*v(w)*({Lm}*sq3/2*(i(L2)-i(L3)) + {Lr2}*i(L5))

B11 N006 0 V={Zp}*v(w)*(3/2*{Lm}*i(L1) + {Lr2}*i(L4) )

B9 0 w I={Zp}*sq3/2*{Lm}*( (i(L2)-i(L3))*i(L4) - sq3*i(L1)*i(L5))

B1 m 0 V=I(B9)

C2 w 0 {J}

.end AD

* модель асинхронного двигателя с выводом нейтрали статорной обмотки

.subckt ADZ a b c w m n

*.param Zp=2 Lm=28.7m Ls=29.4m Lr=29.7m Rs=0.067 Rr=0.032 J=0.62

.param q=sqrt(Ls*Lr2) Lr2=1.5*Lr Rr2=1.5*Rr sq3=sqrt(3.)

+k11=Lm/q